第1讲 计算机系统概述
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1.计算系统概述
【物理基础】 通过开关表示0、1， 计算机识别一串0、 1，易实现，数量不 一 【数学基础】逻 辑代数
处理器系统(主机)
存储器系统
I/O设备
输入设备 输出设备
计算机 系统
操作系统
软件系统 【提供功能】
系统软件
【按优先 级管理分配 硬件资源 基 础】
编程语言（转 换）
工具软件（维 护、优化）
办公软件office
—Apple公司, SW（神威）处理器 只包含常用指令且指令的长度和执行时间都相同，一般使用的
指令数目在100 条以内 程序设计比较复杂，CPU设计相对容易 ➢ 哪种设计更能提高计算机性能，视计算机承担的任务而定
23
1.4.2 存储器
实现计算机记忆功能的是存储器系统，它是保 存程序代码和数据的物理载体。 ➢存储模式和存储容量
2 神威 太湖之光（中国）
3 Sierra(美国)
4 天河二号（中国）
5 ABCI（日本）
安装了40960个中国自主研发的 “申威26010”众核处理器，性 能相当于200多万台普通电脑4
大、中型计算机（数百万 USD）
通常用于跨国企业的信息系 统，例如银行、航空公司等
小型计算机（数万至数十 万美元）
体现灵活性
15
1.3.2 现代计算机模型
➢现代计算机模型(冯·诺依曼) 计算机有五个组成部分：输入、存储、处理（运
算）、控 2. 存储器 3. 输入/输出(I/O)
CPU:运算器+控制器
16
➢程序存储原理
程序和程序执行所需要的数据在执行前存放到存储 器中
要求程序和数据采用同样的格式——二进制 如何使计算机自动执行程序
ROM一个重要的应用——存放启动计算机所需要的BIOS (Basic Input and Output System，基本输入输出系统)程 序。计算机每次开机都执行相同的操作，所以 BIOS程序 是固定不变的，它被“固化” 在ROM 中。
处理器系统(主机)
存储器系统
I/O设备
输入设备 输出设备
计算机 系统
操作系统
软件系统 【提供功能】
系统软件
【按优先 级管理分配 硬件资源 基 础】
编程语言（转 换）
工具软件（维 护、优化）
办公软件office
—Apple公司, SW（神威）处理器 只包含常用指令且指令的长度和执行时间都相同，一般使用的
指令数目在100 条以内 程序设计比较复杂，CPU设计相对容易 ➢ 哪种设计更能提高计算机性能，视计算机承担的任务而定
23
1.4.2 存储器
实现计算机记忆功能的是存储器系统，它是保 存程序代码和数据的物理载体。 ➢存储模式和存储容量
2 神威 太湖之光（中国）
3 Sierra(美国)
4 天河二号（中国）
5 ABCI（日本）
安装了40960个中国自主研发的 “申威26010”众核处理器，性 能相当于200多万台普通电脑4
大、中型计算机（数百万 USD）
通常用于跨国企业的信息系 统，例如银行、航空公司等
小型计算机（数万至数十 万美元）
体现灵活性
15
1.3.2 现代计算机模型
➢现代计算机模型(冯·诺依曼) 计算机有五个组成部分：输入、存储、处理（运
算）、控 2. 存储器 3. 输入/输出(I/O)
CPU:运算器+控制器
16
➢程序存储原理
程序和程序执行所需要的数据在执行前存放到存储 器中
要求程序和数据采用同样的格式——二进制 如何使计算机自动执行程序
ROM一个重要的应用——存放启动计算机所需要的BIOS (Basic Input and Output System，基本输入输出系统)程 序。计算机每次开机都执行相同的操作，所以 BIOS程序 是固定不变的，它被“固化” 在ROM 中。
第1章计算机系统概论
18800电子管 18800电子管 30吨 30吨 150平方米 150平方米 150kw 5000次十进制加法 次十进制加法/ 5000次十进制加法/秒
ENIAC
ENIAC
ENIAC
ENIAC的特点： ENIAC的特点：十进制表示 的特点 程序用插线开关实现
为了改进程序的输入方式： 为了改进程序的输入方式： 二进制表达方 美国数学家冯.诺依曼，提出二进制 美国数学家冯.诺依曼，提出二进制表达方 式和存储程序控制计算机构想。 存储程序控制计算机构想 式和存储程序控制计算机构想。提出并描述一 个计算机模型EDVAC 个计算机模型EDVAC
•它采用了间接寻址技术。在这种技术中，间接寻址指令所 它采用了间接寻址技术。在这种技术中， 它采用了间接寻址技术 形成的地址，不是存放操作数的地址， 形成的地址，不是存放操作数的地址，而是用来形成操作 数地址的地址。这种寻址技术在分类、 数地址的地址。这种寻址技术在分类、排序中是非常有用 的； •采用了专用的程序控制指令，这种指令对应于不同程序 采用了专用的程序控制指令， 采用了专用的程序控制指令 间的控制转移，如它的LINK/TRA指令对， LINK/TRA指令对 间的控制转移，如它的LINK/TRA指令对，即后来人们常 称的调用子程序/子程序返回指令对， 称的调用子程序/子程序返回指令对，对调用子过程等是 十分有效的； 十分有效的； •I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制，并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制，并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制 I/O 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU I/O设备间的字 CPU和 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU和I/O设备间的字 长能够匹配； 长能够匹配； •采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时， 采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时， 采用了DMA技术 I/O处理机请求访问主存储器时 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期， CPU的主存访问请求延迟一个存储周期 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期，但是并不 中断CPU的操作，只是使CPU操作推迟一个存储周期； CPU的操作 CPU操作推迟一个存储周期 中断CPU的操作，只是使CPU操作推迟一个存储周期；
ENIAC
ENIAC
ENIAC
ENIAC的特点： ENIAC的特点：十进制表示 的特点 程序用插线开关实现
为了改进程序的输入方式： 为了改进程序的输入方式： 二进制表达方 美国数学家冯.诺依曼，提出二进制 美国数学家冯.诺依曼，提出二进制表达方 式和存储程序控制计算机构想。 存储程序控制计算机构想 式和存储程序控制计算机构想。提出并描述一 个计算机模型EDVAC 个计算机模型EDVAC
•它采用了间接寻址技术。在这种技术中，间接寻址指令所 它采用了间接寻址技术。在这种技术中， 它采用了间接寻址技术 形成的地址，不是存放操作数的地址， 形成的地址，不是存放操作数的地址，而是用来形成操作 数地址的地址。这种寻址技术在分类、 数地址的地址。这种寻址技术在分类、排序中是非常有用 的； •采用了专用的程序控制指令，这种指令对应于不同程序 采用了专用的程序控制指令， 采用了专用的程序控制指令 间的控制转移，如它的LINK/TRA指令对， LINK/TRA指令对 间的控制转移，如它的LINK/TRA指令对，即后来人们常 称的调用子程序/子程序返回指令对， 称的调用子程序/子程序返回指令对，对调用子过程等是 十分有效的； 十分有效的； •I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制，并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制，并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制 I/O 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU I/O设备间的字 CPU和 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU和I/O设备间的字 长能够匹配； 长能够匹配； •采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时， 采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时， 采用了DMA技术 I/O处理机请求访问主存储器时 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期， CPU的主存访问请求延迟一个存储周期 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期，但是并不 中断CPU的操作，只是使CPU操作推迟一个存储周期； CPU的操作 CPU操作推迟一个存储周期 中断CPU的操作，只是使CPU操作推迟一个存储周期；
第一章微型计算机系统概述
2. 字长
计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理 器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计 算机即时存储信息的能力；
以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。
一、 二，八，十，十六进制数
十进制数的两个主要特点：
1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数：数制所使用的数码的个数
*权：数制中每一位所具有的位值.
整数部分 小数部分
式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位 的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1， 逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
4. 按体积大小分：
(1) 台式机(又称桌上型) (2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、
膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)
四、微型计算机的主要性能指标
1. 运算速度
通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒 钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”(MIPS) 来描述。
计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理 器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计 算机即时存储信息的能力；
以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。
一、 二，八，十，十六进制数
十进制数的两个主要特点：
1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数：数制所使用的数码的个数
*权：数制中每一位所具有的位值.
整数部分 小数部分
式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位 的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1， 逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
4. 按体积大小分：
(1) 台式机(又称桌上型) (2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、
膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)
四、微型计算机的主要性能指标
1. 运算速度
通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒 钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”(MIPS) 来描述。
《计算机应用基础》完整教案.
《计算机应用基础》教案
教学对象
教学时间
月日
教学内容
第二章Windows 2010操作系统
2．1操作系统概述
2．2 Windows基础知识和基本操作
教学目的
1．使学生了解操作系统的基本概念、功能、分类和Windows2010的发展；
2．掌握Windows2010的启动、退出、Windows的桌面、窗口的使用；
在上机操作时，要注意强调正确指法的操作。
参阅教材
第一章第一节，第二节
作业
P172一. 1~30
教学后记
该节内容理论2学时，内容略显多一些，时间较紧张；
实验2学时上机练习指法不够用，学生应在课余时间多加练习。
《计算机应用基础》教案
教学对象
教学时间
年月日
教学内容
第一章计算机基础知识
1．3数据编码和进制转换
由此介绍十进制到其它进制的转换；
其它进制到十进制的转换；
二进制与八进制的转换；
二进制与十六进制的转换；
对于整数的情况、小数的情况、混合数据的情况的不同处理。
详细内容及要求
第三讲、数据编码和进制转换(2学时)
1、编码指采用少量的基本符号按照一定原则，用以表示大量的、复杂多样的信息。
1）BCD编码
BCD码是指“二-十进制码”，即一位十进制对应四位二进制数。
教学小结
这一节最为重要的内容是掌握数据编码在计算机中的使用。特别是常用进制之间的转换。
学习指导
学生在学习这一节内容时，对计算机中的编码有了初步的了解；
参阅教材
第一章第三节
作业
P176 72~78
教学后记
该节内容理论2学时，内容可以讲完，要求学生课下要复习，否则容易忘记，对于小数部分的转换要注意强调对特殊情况的处理；
教学对象
教学时间
月日
教学内容
第二章Windows 2010操作系统
2．1操作系统概述
2．2 Windows基础知识和基本操作
教学目的
1．使学生了解操作系统的基本概念、功能、分类和Windows2010的发展；
2．掌握Windows2010的启动、退出、Windows的桌面、窗口的使用；
在上机操作时，要注意强调正确指法的操作。
参阅教材
第一章第一节，第二节
作业
P172一. 1~30
教学后记
该节内容理论2学时，内容略显多一些，时间较紧张；
实验2学时上机练习指法不够用，学生应在课余时间多加练习。
《计算机应用基础》教案
教学对象
教学时间
年月日
教学内容
第一章计算机基础知识
1．3数据编码和进制转换
由此介绍十进制到其它进制的转换；
其它进制到十进制的转换；
二进制与八进制的转换；
二进制与十六进制的转换；
对于整数的情况、小数的情况、混合数据的情况的不同处理。
详细内容及要求
第三讲、数据编码和进制转换(2学时)
1、编码指采用少量的基本符号按照一定原则，用以表示大量的、复杂多样的信息。
1）BCD编码
BCD码是指“二-十进制码”，即一位十进制对应四位二进制数。
教学小结
这一节最为重要的内容是掌握数据编码在计算机中的使用。特别是常用进制之间的转换。
学习指导
学生在学习这一节内容时，对计算机中的编码有了初步的了解；
参阅教材
第一章第三节
作业
P176 72~78
教学后记
该节内容理论2学时，内容可以讲完，要求学生课下要复习，否则容易忘记，对于小数部分的转换要注意强调对特殊情况的处理；
计算机组成原理前3章课后习题参考答案-
白中英第五版计算机组成原理课后习题参考答案第一章计算机系统概述4、冯•诺依曼型计算机的主要设计思想是什么它包括哪些主要组成部分答：冯•诺依曼型计算机的主要设计思想是存储程序和程序控制，其中存储程序是指将程序和数据事先存放到存储器中，而程序控制是指控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务。
总体来讲，存储程序并按地址顺序执行，这就是冯•诺依曼型计算机的主要设计思想。
5、什么是存储容量什么是单元地址什么是数据字什么是指令字答：见教材P8和P10。
7、指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据答：见教材P10。
第二章运算方法和运算器】1、写出下列各整数的原码、反码、补码表示（用8位二进制数）。
3、有一个字长为32位的浮点数，符号位1位，阶码8位，用移码表示，尾数23位，用补码表示，基数为2，请写出：（1）最大数的二进制表示阶码用移码表示，题中并未说明具体偏移量，故此处按照移码的定义，即采用偏移量为27=128，则此时阶码E的表示范围为0000 0000~1111 1111，即0~255，则在上述条件下，浮点数为最大数的条件如下：所以最大数的二进制表示为：0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 111对应十进制真值为：+（1-2-23）×2127（2）最小数的二进制表示浮点数为最小数的条件如下：所以最小数的二进制表示为：1 1111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：-1×2127（3）规格化数所表示数的范围规格化要求尾数若为补码表示，则符号位和最高有效位符号必须不同。
（A）浮点数为最大正数的条件如下：所以最大正数的二进制表示为：0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 111 对应十进制真值为：+（1-2-23）×2127（B）浮点数为最小正数的条件如下：所以最小正数的二进制表示为：0 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：+2-1×2-128=+2-129（C）浮点数为最大负数的条件如下：所以最大负数的二进制表示为：0 0000 0000 0111 1111 1111 1111 1111 111对应十进制真值为：-（2-1+2-23）×2-128（D）浮点数为最小负数的条件如下：所以最小负数的二进制表示为：0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：-1×2127所以，规格化数所表示数的范围如下：正数+2-129~+（1-2-23）×2127负数-2127 ~-（2-1+2-23）×2-1284、将下列十进制数表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。
第一章 计算机系统概述(二)
所谓软件是指为运行、维护、管理、应用计算机所编制的所有程序及文档的总和。
计算机软件一般分为两大类：一类叫系统软件,一类叫应用软件。
★系统软件
系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。
系统软件包括以下四类:
1、操作系统
操作系统是管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用户的作业程序，使多个用户能有效地共用一套计算机系统的软件。操作系统的出现，使计算机的使用效率成倍的提高，并且为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量。概括起来，操作系统具有三大功能：管理计算机硬、软件资源，使之有效应用；组织协调计算机的运行，以增强系统的处理能力；提供人机接口，为用户提供方便。
图1-5存储器组成框图
存储器组成框图演示
存储器所有存储元的总数称为存储器的存储容量，通常用单位KB，MB（1B＝1个字节＝8位二进制代码）来表示。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。
半导体存储器的存储容量有限，计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。
累加器A是特殊的寄存器，它既能接受来自总线的二进制信息作为参加运算的一个操作数，向算术逻辑单元ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。算术逻辑单元由加法器及控制门等逻辑电路组成，以完成A和B中的数据的各种算术与逻辑运算。
运算器一次运算二进制数的位数，称为字长。它是计算机的重要性能指标。常用的计算机字长有8位、16位、32位及64位。寄存器、累加器的长度应与ALU的字长相等。
3、语言处理程序
常用的语言处理程序有汇编程序、编译程序和解释程序等。
计算机软件一般分为两大类：一类叫系统软件,一类叫应用软件。
★系统软件
系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。
系统软件包括以下四类:
1、操作系统
操作系统是管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用户的作业程序，使多个用户能有效地共用一套计算机系统的软件。操作系统的出现，使计算机的使用效率成倍的提高，并且为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量。概括起来，操作系统具有三大功能：管理计算机硬、软件资源，使之有效应用；组织协调计算机的运行，以增强系统的处理能力；提供人机接口，为用户提供方便。
图1-5存储器组成框图
存储器组成框图演示
存储器所有存储元的总数称为存储器的存储容量，通常用单位KB，MB（1B＝1个字节＝8位二进制代码）来表示。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。
半导体存储器的存储容量有限，计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。
累加器A是特殊的寄存器，它既能接受来自总线的二进制信息作为参加运算的一个操作数，向算术逻辑单元ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。算术逻辑单元由加法器及控制门等逻辑电路组成，以完成A和B中的数据的各种算术与逻辑运算。
运算器一次运算二进制数的位数，称为字长。它是计算机的重要性能指标。常用的计算机字长有8位、16位、32位及64位。寄存器、累加器的长度应与ALU的字长相等。
3、语言处理程序
常用的语言处理程序有汇编程序、编译程序和解释程序等。
计算机系统概述
第1章计算机系统概述信息化是当今社会发展的主流，信息技术是当今世界崭新的生产力，信息产业也已成为当今全球第一大产业，计算机技术则是重要支柱。
随着计算机科学技术的发展和应用，以及它对人类社会产生的巨大影响，“掌握和应用计算机”的能力已成为当今衡量个人素质高低的重要标志。
通过本章的学习，除对计算机有基本的认识外，也为后面了解计算机的相关知识打下良好基础。
1.1 计算机的基本知识1.1.1 计算机的发展历程1．第一台电子计算机第一台电子计算机于1946年2月在美国诞生，称为“埃尼阿克”（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC），即电子数值积分计算机。
它具有计算速度快、精度高、能按给定的程序自动计算等特点。
ENIAC共用了18 000多只电子管，重量达30吨，占地170平方米，每小时耗电150千瓦，真可谓“庞然大物”，它不仅存储容量小，而且全部指令还没有存放在存储器中；它的操作相当复杂，稳定性差，它采用线路连接的方法编排程序，每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。
但在当时，这台计算机的运算速度是惊人的，每秒钟能做5000次加法运算，3毫秒便可进行一次乘法运算，与手工计算相比大大加快了，60秒钟射程的导弹弹道计算时间由手工计算的20分钟缩短到30秒，它开创了计算机的新纪元，把人们从奴隶般的计算中解放出来了。
2．冯·诺依曼结构计算机针对ENIAC在存储程序方面存在的致命弱点，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（John V on Neumann）于1946年6月提出了一个“存储程序”的计算机方案。
这个方案包含三个要点：•采用二进制数的形式表示数据和指令。
•将指令和数据按执行顺序都存放在存储器中。
•由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机。
其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”的概念。
汇编语言基础知识.
4.汇编语言程序设计的意义
学习汇编语言的意义： 1）与硬件密切相关，是学习硬件类课程的先行课 和基础课。 2）有利于理解计算机的工作原理。 3）可直接而有效地控制硬件。 4）执行效率高，占用空间小。 5）特殊应用只能使用汇编语言，如加密解密等。 应该指出的是：在计算机速度大大提高和存储器容 量大大增加的今天，高级语言的使用更为广泛和普遍 （特别是编写大型程序）。
×16-1+11 ×16-2 引入十六进制数的目的是为了描述二进制数。
数的书写方法：
1）二进制数尾部加B(b)。 2）十六进制数尾部加H(h)；如记数符号a,b,c, d,e,f打头，头部应加0，如0A8F5H；记数符号 a,b,c,d,e,f 不区别大小写，与ABCDEF等效。 3）十进制数尾部加D(d)，但通常可以省略。
二进制的数符集中有两个符号：0和1；
八进制的数符集中有8个符号：0,1,2,3,4,5,6,7；
十 进 制 的 数 符 集 中 有 10 个 符 号 ： 0,1,2,3,4,5,6, 7,8,9；
十 六 进 制 的 数 符 集 中 有 16 个 符 号 ： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F。
★集成开发环境：开发工具包括文本编辑、翻译程序、 调试程序、连接程序等，在DOS时代，其各自是独立 的；现在将其集成为一个软件，即为“集成开发环 境”。
返回1.1
1.1.3计算机的程序设计语言
低级语言 程序设计语言
1.机器语言 2.汇编语言
3.高级语言 C/C++、JAVA、 DELPHI……
1.机器语言
负数原码：符号位为1，数值位照抄。 例：X=+25=+00011001B [X]原=00011001B
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第一章 计算机系统概论
1.2
1.2.1
计算机的分类及应用
计算机的分类
1. 按信息的表示形式和处理方式分类 数字计算机： 处理离散的、数字化的信息 模拟计算机： 处理连续变化的模拟量信息 数字模拟混合计算机： 处理的信息既有数字量 又有模拟量 通常所说的计算机都指的是数字计算机 。
第一章 计算机系统概论
1946年由美国宾夕法尼 亚大学研制的ENIAC 重达30吨 占地170m2 18000个电子管 1500个继电器 耗电150kW
第一台电子数字积分计算机 Electronic Numerical Integrator And Calculator
第一章 计算机系统概论
ENIAC与现代微型机的比较：
第一章 计算机系统概论
注： （1）存储器有很多存储单元，每个存储单元存放 一个数据。为区分不同的存储单元，为每个存储单 元进行编号，这个编号就称为存储单元的地址。 （2）输入设备和输出设备常合称为输入/输出设 备，简称I/O（Input/Output）设备。 （3）运算器和控制器合在一起称为中央处理单 元——CPU(Central Processing Unit)。
解释方式 将用户编写的源程序的一条语句翻译成机器
语言后，立即执行它，且不保留机器语言， 然后，再翻译下一条语句，如此重复，直到 程序结束。它的特点是翻译一次只能执行一 次，当第二次重复执行时，又要重新翻译， 因而效率较低。
第一章 计算机系统概论
2．计算机系统的层次结构
计算机系统的多级层次结构如下图所示：
（3）采用二进制码表示数据和指令。 （4）指令由操作码和地址码组成。
（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储 器间的数据传送都通过运算器。
第一章 计算机系统概论
2. 电子数字计算机的发展的四个阶段
第一代（1946-1958）电子管计算机
电子管 第二代（1959-1964）晶体管计算机
晶体管 第三代（1965-1971）集成电路计算机
微型计算机原理
王立萍
第1讲章 计算机系统概述
课
程
简
介
1、课程说明：本课程是计算机专业的基础，是计算机硬件系 列课程的基础，详细介绍微型计算机的组成、工作原理、工作 过程及应用技术。 2、课程任务：学完本课程后，具有阅读各类微机硬件技术资 料的自学能力，进行微机应用系统初步设计的能力，并为其它 后续课程奠定微机硬件基础。 3、学习方法：听讲、理解、阅读、联想、比对、记忆、实践
第四代 (1971年至今) 大规模集成电路计算机
第一章 计算机系统概论
电子数字计算机发展的特点：
时间
46－58
器件
电子管
图片
软件
存储信息
应用
科学计算 数据处理、 工业控制 文字、图形 处理 社会的各个 领域
机器、汇 磁鼓、延时 编语言 线 高级语言 磁芯
58－64
晶体管
64－71 集成电路 大规模集 成电路
缺点：存储容量小（20个字长 为10位的十进制数）；用线路 连接的方法来编排程序。 ENIAC
PC机
笔记本电脑
掌上电脑
第一章 计算机系统概论
1. 冯· 诺依曼计算机结构 （1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入 设备、输出设备五大部件构成。 （2）采用存储程序的方式，将程序和数据放 在同一存储器中，参加运算。
芯片上形成的计算机。
单板机 将微处理器、存储器、输入输出接口、简单外设
等部件安装在一块印刷电路板上构成的计算机。 个人计算机 将一块主机板和若干接口卡、外部存储器、 （PC机） 电源等部件组装在一个机箱内，并配置显 示器、键盘等外部设备和系统软件构成的 计算机系统。
第一章 计算机系统概论
单片机
第一章 计算机系统概论
2．应用软件 应用软件是为解决一些具体问题而编制的程序。一类是 由软件公司和计算机公司开发的通用软件、实用软件。另 一类是用户为解决各种实际问题而开发的用户程序。
第一章 计算机系统概论
1.3.3
计算机系统的层次结构
1．计算机语言
机器语言: 计算机能识别并直接执行的是一系列由二 进制代码编写的指令。
汇编语言: 用助记符表示机器指令，来编写程序。
★ 汇编语言程序转换成机器语言程序的过程 ： 汇编语言程序 源程序 汇编程序
转换
机器语言程序 目标程序
运行程序
第一章 计算机系统概论
高级语言： 是一种面向问题的语言，与自然语言相近， 与计算机的种类无关。 高级语言程序（源程序）同样必须转换为机器语言 程序（目标程序）才能执行。 高级语言程序的转换过程：
结 晶
微型机的发展是以微处理器的发展为表征的， 以微处理器为中心的微型机是电子计算机的第四代 产品。微处理器自1971年诞生以来，发展迅猛，每 2～3年就更换一代。
第一章 计算机系统概论
微型计算机的发展
年代 1971~1972 1973~1977 1978~1984 1985~至今 CPU(中央处理器) Intel 4004 / 8008 Intel 8080 Intel 8086 / 8088 / 80286 Intel 80386 / 80486 Pentium 586
第一章 计算机系统概论 1．系统软件
系统软件的作用是管理、调度、监控、维护计算机。
操作系统是系统软件的核心，是计算机必须配置的软件。 程序设计语言处理程序功能是将用各种高级语言编写的程序 翻译成机器能识别的二进制代码，这样计算机才能执行。
监控、调试、诊断程序是计算机的支持软件，用于维护计 算机系统。
1．控制器 2．运算器 3．存储器
存储器用来存储程序和数据，是计算机各种信 息的存储和交流的中心。
输入设备用于输入原始数据和程序等信息。
4．输入设备 常用的输入设备有键盘、鼠标等。
输出设备用于输出计算结果和有用信息。常 5．输出设备 用输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。 磁盘既是输入设备也是输出设备。
4、参考资料：
戴梅萼、史嘉权编著，《微型计算机技术及应用》，清华大学出版社 周明德主编，《微型计算机系统原理及应用》，清华大学出版社
温冬禅主编，《汇编语言程序设计》，清华大学出版社
第1讲章 计算机系统概述
1.1
1.2 1.3 1.4 1.5
计算机的发展
计算机的分类及应用 计算机的基本构成 微型计算机的基本构成 微型计算机的工作过程
第一章 计算机系统概论
1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的 DJS-150机。 1983年国防科技大学推出向量运算速度达一亿次 的银河I巨型计算机。1992年向量运算速度达10亿次 的银河Ⅱ投入运行。1997年银河Ⅲ投入运行，速度 为130亿次每秒，内存容量为9.15GB。
1999年具有世界水平的大规模并行计算机系统神 威I号研制成功，其最高运算速度达每秒3840亿次浮 点运算。 2002年，国内第一台万亿次超级计算机——联 想深腾诞生。
1.6
计算机的性能指标
第1讲章 计算机系统概述
本讲要求
1、了解计算机的发展、分类方法及应用领域 。 2、掌握微型计算机的基本构成。 3、能判别计算机硬件系统各部件的外形及功能。
4、能根据计算机硬件性能指标配置计算机系统 。
5、熟练掌握微型计算机的工作过程和性能指标。
第一章 计算机系统概论
1.1
计算机的发展
转换
高级语言程序 源程序
机器语言程序 目标程序
运行程序Βιβλιοθήκη 编译程序 或解释程序第一章 计算机系统概论
上述转换过程分两种方式： 编译方式 将用户编写的源程序中全部语句转化（翻译）
成机器语言程序后，再执行机器语言程序。 只要源程序不变，每次运行不需再翻译，可 直接运行，但源程序若有任何修改，都要重 新经过编译。
操作系统 数据库、 网络等
磁芯
71－今
半导体
第一章 计算机系统概论
第五代计算机设想： 1981年日本提出实现智能计算机，但没有取得 预期的结果。美国也有多家公司推出智能计算机。 一般要求智能计算机具有下列功能：
（1）智能接口功能。能自动识别自然语言、图形、 图象。即有语音识别、视觉、感知、理解功能。
单板机
第一章 计算机系统概论
IBM/PC XT
个人计算机
一体机
PC服务器
第一章 计算机系统概论
1.2.3
计算机的应用
1）科学计算：计算机应用最早也是最成熟的领域 2）数据处理：最广泛的应用 3）过程控制：生产过程自动控制 4）计算机辅助系统：CAD：计算机辅助设计 CAM：计算机辅助制造 CAI： 计算机辅助教学 5）人工智能：机器人、医疗诊断专家系统 6）信息通信：计算机网络，资源共享和数据传输
1971年 第1台微型计算机诞生
老式电脑 IBM-PC
Pentium Ⅱ
Intel公司 推出32位 微处理器芯片 Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ
586电脑
Pentium多媒体电脑
2004年，AMD推出了64位机 2005年，Intel推出双核处理器。
掌上电脑 笔记本电脑
第一章 计算机系统概论
Intel CPU的发展：
Intel 80286(16bit) Intel 4004 Intel 8086
Intel 80386(32bit)
Intel 80486
第一章 计算机系统概论
Pentium
Pentium II
Pentium III
Pentium 4
第一章 计算机系统概论
1.1.3
我国计算机的发展概况
高级语言虚拟机M4
高级语言程序经编译形成 汇编语言或中间语言程序，而 后在M3上运行。 汇编语言程序先翻译成机 器语言或操作系统语言，而后 在M2上运行。 一般用机器语言解释操作 系统语言。 直接由硬件执行